改性炭黑及其制備方法與用于制備黑色化學墨粉的應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改性炭黑及黑色化學墨粉的制備方法,其中所述炭黑的制備方法如下(1)取炭黑5-30重量份加入到100-500體積份的濃酸中,攪拌均勻,控制溫度30-70℃,反應2-6h;(2)取強氧化劑15-50重量份加入至步驟(1)得到的混合液中,30℃水浴中反應1-3h;(3)攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。所述黑色化學墨粉采用上述改性炭黑制備。解決了現(xiàn)有技術中炭黑浸潤性差、水性介質中不穩(wěn)定進而造成墨粉粒子分布不均勻、粒徑過寬的問題。
【專利說明】改性炭黑及其制備方法與用于制備黑色化學墨粉的應用【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化學粉墨【技術領域】,具體涉及一種適于制備激光打印機或復印機使用的黑色化學墨粉的改性炭黑以及用于制備黑色化學墨粉的應用。
【背景技術】
[0002]隨著信息時代的到來,辦公室自動化成為各行各業(yè)主流發(fā)展趨勢,人們對高速化的辦公設備需求不斷增加,而墨粉作為辦公自動化設備的主要耗材,其需求量正逐年快速穩(wěn)步的增長。
[0003]目前市場上,無論原裝墨粉還是通用墨粉,生產方法大致分兩種:物理法(粉碎墨粉)和化學法(聚合墨粉)。物理法是將固體樹脂、磁性材料(可有可無)、顏料、電荷調節(jié)劑、蠟、各種助劑等混合,然后經過混煉、熔融、凝固、粉碎、分級、改性等諸多步驟得到墨粉?;瘜W法是將液態(tài)可聚合單體、引發(fā)劑以及顏料、蠟、電荷調節(jié)劑等助劑注入反應釜內引發(fā)聚合并混合凝聚、干燥后進行表面改性形成墨粉。與物理墨粉相比,化學墨粉具有顆粒圓潤、流動性優(yōu)異、轉印率高等優(yōu)點,同時由于化學墨粉制備過程是在液體環(huán)境中,每個聚合粉顆粒中各組分的含量的一致性較好。
[0004]對于日常應用最多的黑色化學墨粉來說,由于炭黑具有著色能力強、化學穩(wěn)定性好、來源豐富、價格低廉等優(yōu)點,廣泛應用于油墨、涂料、印染等領域,因此黑色化學墨粉所采用的著色劑一般為炭黑。但是,也正是由于炭黑存在原生粒子粒徑小、比表面積大和高的表面能等特點,致使炭黑粒子極易以聚集體的形式存在,聚集成較大的顆粒,使其在水中浸潤性差,很難穩(wěn)定的分散于水性體系中,導致使用炭黑作為著色劑化學合成的墨粉顆粒分散不均勻、粒徑過寬等問題,很大程度上限制了炭黑在激光打印機或復印機【技術領域】的應用范圍及使用效果。
[0005]為了進一步提高炭黑在水介質中的分散性,進而改善墨粉顆粒分散不均勻、粒徑過寬的問題,墨粉生產過程中通常是在分散劑存在下采用機械粉碎法對炭黑進行研磨,使炭黑分散形成均勻的納米級顆粒,但是這樣處理后的墨粉仍然會存在分散不均勻的問題,因為即使分散均勻的炭黑在注入反應釜內后,炭黑粒子依然會因為粒子間的強內聚力而團聚在一起,再次聚集成較大的顆粒,導致化學合成的墨粉顆粒過大或產生大量的無色素墨粉粒子等問題,呈現(xiàn)非球形的不規(guī)則形狀、粒徑分布寬且難控制,嚴重影響打印效果。
[0006]為克服上述傳統(tǒng)機械粉碎法仍然存在的墨粉顆粒分散不均勻、粒徑分布寬且難控制的問題,現(xiàn)有技術中還采用懸浮聚合法、乳化凝集法、溶解懸浮法制備粉墨用炭黑。如美國專利US5741618中公開了一種懸浮聚合墨粉制備方法:著色劑、蠟、電荷控制劑在單體組分中溶解或分散,然后在含有分散劑的水相中形成初級油滴粒子,往水相加入油溶性引發(fā)劑,在初級油滴粒子與油溶性引發(fā)劑充分接觸后,進一步高速剪切形成符合墨粉粒徑要求的次級油滴粒子,該方法的優(yōu)點是油溶性引發(fā)劑在初級油滴粒子形成后加入比直接加入到單體油相中分散更均勻,使墨粉粒子之間樹脂分子量大小和分布差異更小,單體殘余量更低。然而上述方法仍可能存在墨粉分散不均勻的問題,這主要是因為所使用的著色劑沒有經過特別的處理便與蠟、電荷控制劑在單體組分中溶解和分散,對于著色劑為炭黑來說,這樣可能會存在著色劑沒有充浸潤和均勻分散,將導致油滴粒徑分布變寬及產生大量不包含著色劑的小粒子,結果仍然使得墨粉粒子之間組成的不均勻分布變大,影響打印效果。
【發(fā)明內容】
[0007]為此,本發(fā)明所要解決的技術問題在于現(xiàn)有技術中炭黑浸潤性差、水性介質中不穩(wěn)定、分散性差進而造成墨粉粒子分布不均勻、粒徑分布過寬的問題,進而提供一種改性炭黑的方法以獲得一種浸潤性好、水性介質中穩(wěn)定分散性好的改性炭黑;
[0008]本發(fā)明還提供了一種粒子分布均勻、粒徑分布小、打印效果好的黑色化學墨粉及其制備方法。
[0009]為解決上述技術問題,本發(fā)明的改性炭黑的制備方法,包括下述步驟:
[0010](I)取炭黑5-30重量份加入到100-500體積份的濃酸中,攪拌均勻,控制溫度30-70°C,反應 2-6h ;
[0011](2)取強氧化劑15-50重量份加入至步驟(1)得到的混合液中,在30°C水浴中反應 l-3h ;
[0012](3)攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑;
[0013]所述重量份與體積份的關系為g/mL的關系。
[0014]所述步驟(2)中所`述的強氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、次氯酸鉀或過硫酸鉀中的一種或幾種的混合物。
[0015]所述步驟(1)中所述的濃酸為濃硫酸、濃硝酸或濃鹽酸中的一種或幾種的混合物。
[0016]所述步驟(1)和(3)中的攪拌速度為200-400r/min。
[0017]本發(fā)明還公開了一種由上述的方法制備得到本發(fā)明所述的改性碳黑。
[0018]本發(fā)明還公開了一種所述的改性碳黑用于制備黑色化學墨粉的應用。
[0019]本發(fā)明還提供了一種黑色化學墨粉的制備方法,其包括如下步驟:
[0020]( I)取表面活性劑制成濃度為5_15wt%的去離子水溶液;另取權利要求5所述的改性炭黑和蠟混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)PH值為5-7,并迅速升溫到90-100°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I y m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為2-3:1-5:3-5 ;
[0021](2)向步驟(1)得到的所述蠟乳液中加入偶聯(lián)劑進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為3-6:25 ;
[0022](3)另取乳化劑1-5重量份,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入60-80重量份樹脂單體,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0023](4)取上述制備的預乳化液、5-20重量份的所述改性蠟乳液、0.5-3重量份的電荷調節(jié)劑和1.0-2.0重量份的添加劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為7-9,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至60-80°C進行反應,分批加入1.0-3.0重量份的引發(fā)劑,進行聚合反應4-6h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液;
[0024](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加2-5重量份的助劑混勻,即得所述黑色化學墨粉。[0025]在上述的制備方法中,其包括如下步驟:
[0026]( I)取表面活性劑制成濃度為10wt%的去離子水溶液;另取權利要求5所述的改性炭黑和蠟混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)PH值為6,并迅速升溫到95°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< Ium的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為3:2:4;
[0027](2)向步驟(1)得到的所述蠟乳液中加入偶聯(lián)劑進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為1:5 ;
[0028](3)另取乳化劑3重量份,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入70重量份樹脂單體,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0029](4)取上述制備的預乳化液、17.5重量份的所述改性蠟乳液、1.75重量份的電荷調節(jié)劑和1.5重量份的添加劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為8,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至70°C進行反應,分批加入1.5重量份的引發(fā)劑,進行聚合反應5h,得到平均粒徑為5-8 V- m的墨粉顆粒乳液;
[0030](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加3.5重量份的助劑混勻,即得所述黑色化學墨粉。
[0031]所述的表面活性劑為陰離子型、陽離子型和非離子型中的一種或幾種,陰離子可以與陰離子復合使用,陽離子可以與陽離子復合使用,陽離子可以與非離子型復合使用,陰離子可以與非離子型復合使用。優(yōu)選的為陰離子與非離子型表面活性劑復合使用。所述陰離子型表面活性劑包括:脂肪基硫酸鹽類如十二烷基硫酸鈉、十六烷基硫酸鈉、脂肪族酰胺硫酸鹽和脂肪醇聚乙烯醚硫酸鈉;脂肪磺酸鹽如月桂基磺酸鹽和磷酸鹽類;苯磺酸鹽類如十二烷基苯磺酸鈉。所述陽離子型表面活性劑包括:胺鹽類,如鹽酸月桂胺、鹽酸硬脂胺、乙酸硬脂基氨基丙胺;季銨鹽類,`如二硬脂基氯化銨和烷基三甲基氯化銨;非離子型表面活性劑包括氯氧化乙烯烷基脂、聚氧乙烯多元醇烷基脂、聚氧化乙烯烷基醚、酰胺、多元醇醚和月旨等;
[0032]所述樹脂單體為丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、苯乙烯、甲基苯乙烯、氯乙烯、二乙烯基苯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、丙烯酸羥甲酯、丙烯酸羥乙酯、有機硅單體、四氟乙烯、(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯或Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物;
[0033]所述引發(fā)劑為水溶性引發(fā)劑,包括過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮類V-50或偶氮類VA-044中的一種或幾種的混合物;
[0034]所述電荷調節(jié)劑為現(xiàn)有技術中常規(guī)產品,作為可選用的物質,本發(fā)明選用湖北鼎龍化學股份有限公司生產的DL-P12季銨鹽系列、DL-N23水楊酸鋁絡合物系列、DL-N24水楊酸鋅絡合物系列或DL-N28水楊酸鉻絡合物系列等;
[0035]所述助劑為氣相二氧化硅和/或二氧化鈦;
[0036]所述添加劑為防腐劑;
[0037]所述的蠟為石蠟、棕櫚蠟、氧化聚乙烯蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、蜂蠟、聚四氟乙烯蠟、OP蠟、川蠟、沙索蠟、費托蠟、蒙旦蠟中的一種或幾種的混合物;
[0038]所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑,優(yōu)選的偶聯(lián)劑為乙烯基硅烷偶聯(lián)劑。
[0039]上述化合物均為常見的市售產品,不同廠家、不同型號的上述化合物均可實現(xiàn)本發(fā)明的目的,效果無明顯差異。
[0040]本發(fā)明還公開了一種由上述方法制備得到的黑色化學墨粉。
[0041]本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
[0042](I)本發(fā)明所述的改性炭黑的制備方法,利用高溫條件下濃酸的強腐蝕性對炭黑的聚集體粒子表面和粒子界面間的浸潤、侵蝕,在強酸作用下利用強氧化劑對炭黑粒子表面的含氧基團進一步氧化作用來增加含氧基團的種類和數(shù)量,如羰基、羥基、羧基、酚羥基等,這些基團大多數(shù)都極親水,炭黑的親水性提高,從而提高炭黑在水介質中的分散性和穩(wěn)定性,有利于蠟、乳化劑、 聚合物等液滴的捕捉及包覆,從而提高了墨粉合成中炭黑的利用率,避免炭黑游離影響墨粉的打印效果;
[0043](2)本發(fā)明所述的改性炭黑,炭黑表面氧化后的含氧基團,如羰基、羥基、羧基、酚羥基、醒基、內酷基等未水性基團,進而使得炭黑的未水性提聞,從而提聞炭黑在水介質中的分散性和穩(wěn)定性;
[0044](3)本發(fā)明所述的黑色化學墨粉的制備方法,通過改性炭黑與蠟共同在表面活性劑的作用下,加熱熔融并利用乳化機剪切,得到炭黑包覆的蠟乳液。后用偶聯(lián)劑對炭黑包覆的蠟乳液進行表面修飾,增加其與樹脂單體的親和力,炭黑包覆的蠟乳液、樹脂單體和預乳化液、電荷調節(jié)劑、其它助劑及大量去離子水一起加入反應釜內,攪拌速度控制在300-500rpm,升溫到60_80°C,分批加入引發(fā)劑,引發(fā)聚合時間為4-6小時,得到炭黑包覆蠟為核聚合樹脂為殼的核殼型墨粉乳液,脫水、洗滌和干燥得到的墨粉用流動顆粒分析儀器測定均可達到平均圓形度C50=0.95-0.99,用差示掃描量熱儀DSC測定其玻璃化轉變溫度45-75°C,用毛細管流變分析儀測定其流動性Tl/2=90-145°C,用庫爾特粒度儀測定其中值粒徑D50=5-8 u m。墨粉裝入硒鼓后,進行打印評價,反射密度計測定墨粉顯影密度≥1.2、≤1.5,底灰≤0.008,定影牢固度≥0.95,印刷品圖像無異常,由上述測試結果可知,本發(fā)明制備的黑色化學墨粉粒子分布均勻,粒徑分布小,打印效果好。
【具體實施方式】
[0045]實施例1
[0046]本實施例所述的改性炭黑通過如下步驟制備:
[0047](I)取炭黑5kg加入到100L的濃硫酸中,攪拌速度為200r/min,攪拌均勻,控制溫度30°C,反應2h ;
[0048](2)取強氧化劑雙氧水7kg和高錳酸鉀8kg共15kg加入至步驟(1)得到的混合液中,25 °C水浴反應Ih ;
[0049](3)以200r/min的速度攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。
[0050]以所制備得到的改性炭黑制備黑色化學墨粉的方法,包括如下步驟:
[0051](I)取十二烷基硫酸納1.8kg和十TK烷基硫酸納1.8kg,將上述表面活性劑共
3.6kg制成濃度為5wt%的去離子水溶液;另取所述的改性炭黑6kg和所述石臘6kg混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)PH值為5,并迅速升溫到90°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I U m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為3:5:5 ;
[0052](2)取步驟(1)得到的所述蠟乳液18kg加入硅烷偶聯(lián)劑3kg進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為1:6 ;
[0053](3)另取乳化劑1kg,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入80kg丙烯酸單體,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0054](4)取上述制備的預乳化液、20kg的所述改性蠟乳液、0.5kg的電荷調節(jié)劑DL-P12季銨鹽和2.0kg的防腐劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為7,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至80°C進行反應,分批加入1.0kg的引發(fā)劑過硫酸銨和偶氮類V-50的混合物,其中過硫酸銨和偶氮類V-50各0.5kg,進行聚合反應6h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液;
[0055](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加2kg的助劑氣相二氧化硅混勻,即得所述黑色化學墨粉。
[0056]實施例2
[0057]本實施例所述的改性炭黑通過如下步驟制備:
[0058](I)取炭黑6kg加入到100L的濃硝酸中,攪拌速度為300r/min,攪拌均勻,控制溫度70°C,反應6h ;
[0059](2)取強氧化劑重鉻酸鉀5kg和次氯酸鉀5kg共IOkg加入至步驟(1)得到的混合液中,35°C水浴反應3h ;
`[0060](3)以300r/min的速度攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。
[0061]以所制備得到的改性炭黑制備黑色化學墨粉的方法,包括如下步驟:
[0062]( I)取所述表面活性劑鹽酸月桂胺2kg和鹽酸硬脂2kg胺制成濃度為15wt%的去離子水溶液;另取所述的改性炭黑6kg和所述棕櫚臘0.6kg、氧化聚乙烯臘0.8kg和聚乙烯蠟0.6kg混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)pH值為7,并迅速升溫到IOO0C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I U m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為2:1:3;
[0063](2)取步驟(1)得到的所述蠟乳液6.6kg加入鈦酸酯偶聯(lián)劑1.2kg進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為2:11 ;
[0064](3)另取乳化劑5kg,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入苯乙烯20kg、甲基苯乙烯20kg和氯乙烯20kg的混合物,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0065](4)取上述制備的預乳化液、5kg的所述改性蠟乳液、3kg的電荷調節(jié)劑DL-N23水楊酸鋁絡合物和1.0kg的防腐劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為9,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至60°C進行反應,分批加入3.0kg的引發(fā)劑過硫酸鉀,進行聚合反應4h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液;
[0066](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加5kg的助劑二氧化鈦混勻,即得所述黑色化學墨粉。
[0067]實施例3
[0068]本實施例所述的改性炭黑通過如下步驟制備:[0069](I)取炭黑17.5kg加入到300L的濃鹽酸中,攪拌速度為300r/min,攪拌均勻,控制溫度70°C,反應4h ;
[0070](2)取強氧化劑次氯酸鉀IOkg和過硫酸鉀25kg共35kg加入至步驟(1)得到的混合液中,30°C水浴反應2h ;
[0071](3)以400r/min的速度攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。
[0072]以所制備得到的炭黑制備黑色化學墨粉的方法,包括如下步驟:
[0073](I)取所述表面活性劑月桂基磺酸鹽3kg、脂肪族酰胺硫酸鹽3kg、十二烷基苯磺酸鈉3kg和聚氧化乙烯烷基醚3kg的混合物制成濃度為10wt%的去離子水溶液;另取所述的改性炭黑16kg和所述蜂臘2kg、棕櫚臘2kg、聚乙烯臘2kg和石臘2kg混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)PH值為6,并迅速升溫到95°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I U m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為3:2:4 ;
[0074](2)取步驟(1)得到的所述蠟乳液17.5kg加入乙烯基硅烷偶聯(lián)劑3.5kg進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為1:5 ;
[0075](3)另取乳化劑3kg,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入30kg的(甲基)丙烯酸丙酯和40kg的有機硅單體的混合物,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0076](4)取上述制備的預乳化液、17.5kg的所述改性蠟乳液、1.75kg的電荷調節(jié)劑DL-N24水楊酸鋅絡合物和1.5kg防腐劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為8,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至70°C進行反應,分批加入1.5kg的引發(fā)劑,其中引發(fā)劑為0.5kg的偶氮類VA-044和Ikg的偶氮類V-50,進行聚合反應5h,得到平均粒徑為5_8 u m的墨粉顆粒乳液;
[0077](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加3.5kg的氣相二氧化硅和二氧化鈦混勻,所述氣相二氧化硅和二氧化鈦分別為2kg和1.5kg,即得所述黑色化學墨粉。
[0078]實施例4
[0079]本實施例所述的改性炭黑通過如下步驟制備:
[0080](I)取炭黑IOkg加入到200L的濃鹽酸和濃硝酸的混合物中,攪拌速度為400r/min,攪拌均勻,控制溫度50°C,反應5h ;
[0081](2)取強氧化劑雙氧水IOkg和重鉻酸鉀15kg共25kg加入至步驟(1)得到的混合液中,30°C水浴反應1.5h;
[0082](3)以300r/min的速度攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。
[0083]以所制備得到的炭黑制備黑色化學墨粉的方法,包括如下步驟:
[0084](I)取所述表面活性劑聚氧化乙烯烷基醚3kg和氯氧化乙烯烷基脂3kg的混合物制成濃度為7被%的去離子水溶液;另取所述的改性炭黑IOkg和所述川蠟2kg、沙索蠟2kg、費托蠟2kg和蒙旦蠟2kg混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)pH值為6,并迅速升溫到95°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I y m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為3:4:5 ;[0085](2)取步驟(1)得到的所述蠟乳液8kg加入鋁酸酯偶聯(lián)劑2kg進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為1:4 ;
[0086](3)另取乳化劑2kg,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入26kg的二乙烯基苯、26kg的四氟乙烯和26kg的Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0087](4)取上述制備的預乳化液、8kg的所述改性蠟乳液、2.5kg的電荷調節(jié)劑DL-N28水楊酸鉻絡合物和1.8kg的防腐劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為9,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至75°C進行反應,分批加入2.5kg的引發(fā)劑偶氮類V-50,進行聚合反應6h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液;
[0088](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加2.5kg的助劑氣相二氧化硅混勻,即得所述黑色化學墨粉。
[0089]實施例5
[0090]本實施例所述的改性炭黑通過如下步驟制備:
[0091](I)取炭黑25kg加入到200L的濃硫酸和200L濃硝酸的混合物中,攪拌速度為250r/min,攪拌均勻,控制溫度60°C,反應3h ;
[0092](2)取強氧化劑高錳酸鉀40kg加入至步驟(1)得到的混合液中,30°C水浴反應
2.5h ;
[0093](3)以200r/min的速度攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。
`[0094]以所制備得到的炭黑制備黑色化學墨粉的方法,包括如下步驟:
[0095](I)取所述表面活性劑乙酸硬脂基氨基丙胺1.5kg、二硬脂基氯化銨1.5kg、烷基三甲基氯化銨1.5kg、氯氧化乙烯烷基脂Ikg和聚氧乙烯多元醇烷基脂0.5kg的混合物制成濃度為13wt%的去離子水溶液;另取所述的改性炭黑15kg和所述蜂臘2kg、聚四氟乙烯臘2kg和OP蠟2kg混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)pH值為7,并迅速升溫到93°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I y m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為2:2:5 ;
[0096](2)取步驟(1)得到的所述蠟乳液15kg加入硅烷偶聯(lián)劑5kg進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為1:3 ;
[0097](3)另取乳化劑4kg,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入15kg的有機硅單體、15kg的丙烯腈、20kg的四氟乙烯和15kg的(甲基)丙烯酸羥乙酯的混合物,混合進行乳化反應,得到預乳化液;
[0098](4)取上述制備的預乳化液、14kg的所述改性蠟乳液、0.7kg的電荷調節(jié)劑DL-P12季銨鹽和0.8kg的DL-N23水楊酸鋁絡合物以及1.3kg的防腐劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)PH為7.5,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至63°C進行反應,分批加入1.4kg的引發(fā)劑過硫酸銨,進行聚合反應4h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液;
[0099](5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加4.2kg的二氧化鈦混勻,即得所述黑色化學墨粉。
[0100]對比例
[0101]本對比例采用現(xiàn)有技術中以普通炭黑制備黑色化學墨粉的技術,其墨粉的制備過程與實施例1相同,其區(qū)別僅在于,所述炭黑為普通炭黑,而并非經過改性處理的炭黑。
[0102]實驗例I
[0103]以下通過實驗例更好地說明通過本發(fā)明制備的改性炭黑以及本發(fā)明的方法制備得到的黑色化學墨粉具有粒子分布均勻、粒徑分布小、打印效果好的顯著技術效果。
[0104]1.實驗材料
[0105]實驗墨粉:為本發(fā)明實施例1-5及對比例制備的黑色化學墨粉;
[0106]實驗儀器:
[0107]差示掃描量熱儀:生產廠家為DSC蘇州雨澤儀器有限公司,型號為DSC-60A型;
[0108]毛細管流變分析儀:生產廠家為長春市智能儀器設備有限公司,型號為MLW-400型;
[0109]庫爾特粒度儀:生產廠家為貝克曼庫爾特商貿(中國)有限公司,型號為Multisizer3 型;
[0110]分光密度計:生產廠家為愛麗絲(上海)國際貿易有限公司,型號為500SerieS型;
[0111]顆粒圖像處理儀:生產廠家為珠海歐美克儀器有限公司,型號為PIP9.1型。 [0112]2.實驗方法
[0113]采用以下方法對本發(fā)明實施例1-5及對比例制備的黑色化學墨粉進行評價:
[0114](I)平均圓形度
[0115]具體測定方法如下:取墨粉樣品,與去離子水配置成約50wt%濃度的溶液,攪拌均勻后取一滴于載玻片上,蓋上蓋玻片,樣品置于顆粒圖像處理儀工作臺中央,調節(jié)顯微鏡粗微調手輪即可得到清晰的物像。在計算機上點擊圖像處理軟件,自動進行圓形度批量分析,即得圓形度數(shù)據(jù)。
[0116]效果評價:平均圓形度在0.95-0.99范圍內的墨粉均為合格的墨粉,在0.96-0.98范圍內的墨粉為優(yōu)良的墨粉。
[0117](2)玻璃化轉變溫度
[0118]具體測定方法如下:取干燥墨粉樣品5-10mg,置于鋁坩堝內,壓片。將樣品坩堝和一個空白坩堝(對比)同時放入差示掃描量熱儀DSC的檢測臺內,左邊空白右邊被測樣品后,關閉檢測室。點擊計算機TA-60處理軟件,對樣品進行檢測、分析,平行檢測3次取平均值,即為該樣品Tg數(shù)據(jù)。
[0119]效果評價:玻璃化轉變溫度在45-75°C范圍內的墨粉均為合格的墨粉,在55-65°C范圍內的墨粉為優(yōu)良的墨粉。
[0120](3)流變性
[0121]具體測定方法如下:取干燥墨粉樣品Ig左右,將口模放在電爐上加熱至70°C,取少量樣品倒在口模上,待墨粉軟化后壓平將口模小孔堵住,然后將口模取下冷卻至常溫。組裝好出料口墊擰入出料口固定頭,用扳手擰緊。將剩余樣品加入,裝上壓料桿。啟動計算機流變儀程序,設置好測試條件并啟動,待樣品熔融并全部擠出,對數(shù)據(jù)進行分析處理,即得該樣品T1/2數(shù)據(jù)。
[0122]效果評價:流變性在90_145°C范圍內的墨粉均為合格的墨粉,在120_128°C范圍內的墨粉為優(yōu)良的墨粉。
[0123](4)粒徑[0124]具體測定方法如下:取墨粉樣品,與去離子水配置成約50wt%濃度的溶液,打開庫爾特計數(shù)儀樣品間門,滴加1-2滴墨粉懸浮液,程序窗口顯示濃度為5%-10%的范圍內,點擊測試按鈕,儀器自動讀取該墨粉的粒徑。
[0125]效果評價:中值粒徑是在5-8 μm范圍內的墨粉均為合格的墨粉,在6-7 μm范圍內的墨粉為優(yōu)良的墨粉。
[0126](5)打印評價
[0127]具體測定方法如下:硒鼓內裝入一定量需要測定墨粉,按照標準樣板進行打印,得到樣粉的印刷品,進行以下各個效果測試評價:
[0128]I)色密度:用分光密度計測試標準測試頁上色塊的色密度值。
[0129]2)底灰:底灰值是在空白測試頁上進行測試的,打印前應先在紙張的打印面貼上一張貼紙,用色密度儀測量打印紙張的色密度值,然后揭開貼紙,測試貼紙遮蓋住的打印紙張的色密度值,兩個色密度值之差即為底灰值。
[0130]3)定影牢固度:在100%色密度測試頁的中心位置選擇一處10*10mm的區(qū)域,先用色密度儀測量其色密度值,然后貼上普通透明膠,再慢慢將透明膠撕去,并測量該區(qū)域的色密度值,要求后面色密度值與前面色密度值之比大于或等于95%。
[0131]4)圖像異常:出現(xiàn)下列情況之一者,視為圖像異常:無字區(qū)域有大于一毫米的臟點,或7個以上肉眼可見的臟點;100%色密度測試頁上有大于I毫米的白點2個以上,或5個以上目視可見的白點;稿件上出現(xiàn)雜質線。
[0132]效果評價:合格墨粉的打印評價參數(shù)值為,墨粉顯影密度≥ 1.2、≤1.5,底灰≤0.008,定影牢固度≥0.95。
[0133]3.實驗結果
[0134]表1本發(fā)明實施例1-5及對比例制備的黑色化學墨粉的評價結果
[0135]
【權利要求】
1.一種改性炭黑的制備方法,其特征在于,包括下述步驟: (1)取炭黑5-30重量份加入到100-500體積份的濃酸中,攪拌均勻,控制溫度30-70°C,反應2-6h ; (2)取強氧化劑15-50重量份加入至步驟(1)得到的混合液中,在25-35°C條件水浴中反應l-3h ; (3)攪拌步驟(2)中得到的混合液,緩慢加入去離子水稀釋,減壓抽濾,洗滌,即得所述改性炭黑。
2.根據(jù)權利要求1所述的改性炭黑的制備方法,其特征在于,所述步驟(2)中所述的強氧化劑為雙氧水、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、次氯酸鉀或過硫酸鉀中的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的改性炭黑的制備方法,其特征在于,所述步驟(1)中所述的濃酸為濃硫酸、濃硝酸或濃鹽酸中的一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的改性炭黑的制備方法,其特征在于,所述步驟(1)和(3)中的攪拌速度為200-400r/min。
5.一種根據(jù)權利要求1-4任一所述的方法制備得到的改性碳黑。
6.一種根據(jù)權利要求5所述的改性碳黑用于制備黑色化學墨粉的應用。
7.—種黑色化學墨 粉的制備方法,其特征在于,其包括如下步驟: (1)取表面活性劑制成濃度為5-15wt%的去離子水溶液;另取權利要求5所述的改性炭黑和蠟混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)PH值為5-7,并迅速升溫到90-100°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I y m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為2-3:1-5:3-5 ; (2)向步驟(1)得到的所述蠟乳液中加入偶聯(lián)劑進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為3-6:25 ; (3)另取乳化劑1-5重量份,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入60-80重量份樹脂單體,混合進行乳化反應,得到預乳化液; (4)取上述制備的預乳化液、5-20重量份的所述改性蠟乳液、0.5-3重量份的電荷調節(jié)劑和1.0-2.0重量份的添加劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為7-9,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至60-80°C進行反應,分批加入1.0-3.0重量份的引發(fā)劑,進行聚合反應4-6h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液; (5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加2-5重量份的助劑混勻,即得所述黑色化學墨粉。
8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法,其特征在于,其包括如下步驟: (1)取表面活性劑制成濃度為10被%的去離子水溶液;另取權利要求5所述的改性炭黑和蠟混合均勻,加入至所述含表面活性劑的水溶液中,調節(jié)PH值為6,并迅速升溫到95°C,進行乳化分散反應,得到平均中徑為< I U m的表面包覆炭黑的蠟乳液,所述表面活性劑、蠟、炭黑的質量比為3:2:4; (2)向步驟(1)得到的所述蠟乳液中加入偶聯(lián)劑進行改性,得到改性蠟乳液,所述偶聯(lián)劑與所述蠟乳液的質量比為1:5 ; (3)另取乳化劑3重量份,溶于去離子水中,得到乳化液,并加入70重量份樹脂單體,混合進行乳化反應,得到預乳化液;(4)取上述制備的預乳化液、17.5重量份的所述改性蠟乳液、1.75重量份的電荷調節(jié)劑和1.5重量份的添加劑加入到反應釜內混合均勻,調節(jié)pH為8,攪拌并通入氮氣,同時迅速升溫至70°C進行反應,分批加入1.5重量份的引發(fā)劑,進行聚合反應5h,得到平均粒徑為5-8 u m的墨粉顆粒乳液; (5)將上述墨粉顆粒乳液進行脫水,并以去離子水洗滌、干燥后,添加3.5重量份的助劑混勻,即得所述黑色化學墨粉。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的墨粉制備方法,其特征在于, 所述的表面活性劑為陰離子型、陽離子型和非離子型中的一種或幾種; 所述樹脂單體為丙烯酸單體、甲基丙烯酸單體、苯乙烯、甲基苯乙烯、氯乙烯、二乙烯基苯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、丙烯酸羥甲酯、丙烯酸羥乙酯、有機硅單體、四氟乙烯、(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯或Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物; 所述的蠟為石蠟、棕櫚蠟、氧化聚乙烯蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、蜂蠟、聚四氟乙烯蠟、OP蠟、川蠟、沙索蠟、費托蠟或蒙旦蠟中的一種或幾種的混合物;` 所述引發(fā)劑為水溶性引發(fā)劑; 所述助劑為氣相二氧化硅和/或二氧化鈦。
10.一種根據(jù)權利要求7-9任一所述的方法制備得到的黑色化學墨粉。
【文檔編號】C09C1/56GK103642281SQ201310706800
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】王玉鳳, 徐坤 申請人:寧波佛來斯通新材料有限公司